ENVI软件使用与样本采集

博主目前研究可见光遥感图像的物体检测问题，需要在Google Earth 20级地图上制作数据集。本文主要介绍遥感图像处理平台ENVI以及基于ENVI的样本采集方法。

1.ENVI简介

　　ENVI——完整的遥感图像处理平台ENVI(The Environment for Visualizing Images)是美国Exelis Visual Information Solutions公司的旗舰产品，最新版本 ENVI5.3于2015年8月3日正式发布。数据集市网站ENVI5.3的下载链接（ENVI5.3破解文件已上传）它是由遥感领域的科学家采用交互式数据语言IDL(Interactive Data Language)开发的一套功能强大的遥感图像处理软件。它是快速、便捷、准确地从影像中提取信息的首屈一指的软件解决方案。今天，众多的影像分析师和科学家选择ENVI来从遥感影像中提取信息。
　　ENVI提供了提供了专业可靠的波谱分析工具和高光谱分析工具，还可以利用IDL为ENVI编写扩展功能。ENVI的工程化应用包括可读取几乎任何图像类型和格式、图像处理（几何/正射校正、确定感兴趣区域（ROI））等。本文主要介绍使用在tif格式的Google Earth 20级图像上选取ROI并保存到shape文件已供后续使用的方法。

2.Google Earth数据

　　使用Google Earth地图下载工具下载20级地图（工具已经上传）谷歌卫星地图根据不同的分辨率分成不同的级别，大概分为22个层级（国内城区一般可到20级，郊区只到16级，国外热点城区如纽约可达22级），每个层级比例尺不相同。
比例尺
　　比例尺是表示图上距离比实地距离缩小的程度，也叫缩尺。公式为：比例尺=图上距离/实地距离。比例尺有三种表示方法:数字式，线段式，和文字式。三种表示方法可以互换。根据地图的用途，所表示地区范围的大小、图幅的大小和表示内容的详略等不同情况，制图选用的比例尺有大有小。地图比例尺中,　通常大于二十万分之一的地图称为大比例尺地图；比例尺介于二十万分之一至一百万分之一之间的地图，称为中比例尺地图；比例尺小于一百万分之一的地图，称为小比例尺地图。在同样图幅上，比例尺越大，地图所表示的范围越小，图内表示的内容越详细，精度越高；比例尺越小，地图上所表示的范围越大，反映的内容越简略，精确度越低。一般讲，大比例尺地图，内容详细，几何精度高，可用于图上测量。小比例尺地图，内容概括性强，不宜于进行图上测量。
分辨率
　　我们这里探讨的分辨率是指卫星影像分辨率。像素是构成数字图像的最小单位，数字图像分辨率是用于描述构成像素密集程度单位，一般以DPI（每英寸影像所包含的像素数）来表示，分辨率越大，则像素越小。以电脑屏幕为例，800*600个像素与640*480个像素相比较，前者像素小，分辨率大，画面更细致。遥感影像地面分辨率是指在影像上能够分辨地面最小影物的大小，一般以一个像素代表地面的大小来表示，通常所讲的2米分辨率是指一个像素表示地面大约2米*2米的面积，对于遥感影像而言，分辨率通常是指地面分辨率。(地面分辨率 与 空间分辨率两个概念的辨析？【答案】空间分辨率数值在地面上的实际尺寸称为“地面分辨率”。)
　　我们可以推算出各级比例尺和分辨率，由于投影变形和纬度值不同，可能不同地方的比例尺会有一定差异，这里计算出的比例尺和分辨率仅以成都为例，仅供参考！
各级比例尺及空间分辨率列表

级别 实际距离 像素 图上距离 图像分辨率 比例尺 空间分辨率 视点高度 第2级 5000公里 70 2.47厘米 72dpi 2亿 ：1 71公里 10123公里 第3级 2000公里 55 1.94厘米 72dpi 1亿 ：1 36公里 7123公里 第4级 2000公里 115 4.06厘米 72dpi 5千万 ：1 17公里 6321公里 第5级 1000公里 115 4.06厘米 72dpi 2.5千万 ：1 9公里 5522公里 第6级 500公里 115 4.06厘米 72dpi 1.2千万 ：1 4公里 3436公里 第7级 200公里 91 3.21厘米 72dpi 6百万 ：1 2公里 539公里 第8级 100公里 176 6.21厘米 72dpi 160万 ：1 568米 305公里 第9级 50公里 91 3.21厘米 72dpi 155万 ：1 549米 180公里 第10级 20公里 72 2.54厘米 72dpi 80万 ：1 278米 133公里 第11级 10公里 72 2.54厘米 72dpi 40万 ：1 139米 100公里 第12级 5公里 72 2.54厘米 72dpi 20万 ：1 69米 76.5公里 第13级 2公里 57 2.01厘米 72dpi 10万 ：1 35米 58.2公里 第14级 2公里 118 4.16厘米 72dpi 5万 ：1 17米 23.5公里 第15级 1公里 118 4.16厘米 72dpi 2.5万 ：1 8米 9.6公里 第16级 500米 118 4.16厘米 72dpi 1.2万 ：1 4米 4公里 第17级 200米 93 3.28厘米 72dpi 6000 ：1 2.15米 2公里 第18级 100米 93 3.28厘米 72dpi 3000 : 1 1.07米 1.7公里 第19级 50米 93 3.28厘米 72dpi 1500 : 1 0.54米 1.5公里 第20级 20米 74 2.61厘米 72dpi 800 ：1 0.27米 1公里

3.使用ENVI选取ROI

3.1 ENVI图像投影修改

　　Map Information 对话框地图信息与地理坐标定位的文件相关。要建立地理坐标定位的数据坐标系统，用户必须知道一个像元（基准像元） 的样本和行坐标、像元的大小（米）、地图投影以及该像元的地图坐标。

1. 从 Header Info 对话框，选择 Edit Attributes > Map Info。
2. 在 Map Information 对话框里，标签为 “Image Coord X” 和 “Y” 文本框中输入基准像元的坐标，标签为 “Pixel Size X” 和 “Y” 文本框中输入像元大小。
3. 通过点击 “Change Projection” 并从投影列表中选择适当的投影，以确定地图投影。· 若你选择 “Arbitrary”，你可以选择 “Coordinates” 标签附近的 “Pixel Based” 或 “Map Based ”。· 若你选择 “Geographic Lat/Lon:”，通过点击 “Datum” 按钮，并从 Select Geographic Datum 对话框中选择可利用的数据，以确定数据类型。· 若你选择 “UTM”，在 “Zone” 文本框中输入数字，选择 “N” 或 “S” 切换按钮，然后再选择一个数据（若有必要）。

　　本文主要是截取遥感图像中的ROI，获得保存ROI信息的shape文件(*.shp)，因此无需经纬度信息，因此参数设置可参考以下步骤：

1. 用ENVI打开图像，右键点击编辑图像信息（map info）。
2. 图像信息修改中，经纬度都改成0，Pixel size都设为1，Tie Point都是1， Rotation 是0。
3. 改投影，改为pixel based。

3.2 用ENVI ROI选择样本区域

1. 如图选择ROI tool;
2. 将ROI type设为Rectangle ;

3. 在ROI Tool 中可以用New Region新添加ROI 类型，比如我们新建飞机，车辆两个类型。在每个类型下，我们可以在图上勾选多个样本。（默认的fill类型是solid，可以右键点击修改为line或dot，这样就可以看清所选内容）。
4. 样本勾选办法：在图上点鼠标左键开始拖拽矩形。拖好后右键点击确认选好。不满意可以用点中键（滚轮）取消。样本间通过GOTO 切换。可用键盘的上下左右键控制微平移。

5. ROI文件可以反复修改，通过restore 上次保存roi文件既可以修改以前的采样工作。

3.3 保存ROI样本到矢量文件shapefile

1.选择保存为Shapefile。（博主编写的读取程序只能读ESRI 格式的shapefile，所保存格式要与之后的处理程序相对应)。
2. 一次只保存一个类型的ROI，不要多选，其他默认。（ENVI在保存 shapefile的时候无法给不同类型的ROI添加区分信息，所以只能一张图保存一个，建议保存文件取名：”图像名_类型名.shp”比如这里
“bagelamu_flight.shp”）。如此，把所有类型的ROI都存为shapefile。

扩展阅读

[1] 谷歌地图的级别与对应比例尺及分辨率探究
http://www.godeyes.cn/html/2011/05/20/google_earth_11460.html
[2] 遥感影像的比例尺和分辨率的关系
http://blog.sina.com.cn/s/blog_7aa3705201011b8h.html
[3] 如何编辑 ENVI 文件头
http://www.360doc.com/content/11/0313/16/472115_100760544.shtml